Звук за работой - [15]

Ультразвуковая стиральная машина

Область применения ультразвука особенно расширилась после того, как открыли интереснейшее явление, называемое кавитацией.

С некоторых пор механики обнаружили, что гребные винты на быстроходных морских судах портятся слишком быстро. После непродолжительного срока службы хорошо отполированные, не подвергающиеся ржавчине винты кораблей оказывались изъеденными рябью, подобно земле, израненной разрывами снарядов. Винты имели такой вид, как если бы их поверхность разъел червь. Аналогичное явление наблюдали и на лопастях гидротурбин. Этим вопросом стали заниматься всерьез. Нужно было во что бы то ни стало устранить губительное разрушение поверхности лопастей корабельных винтов и турбин, движущихся с большими скоростями.

Причину удалось установить лишь после того, как было обнаружено, что аналогичному разрушению подвергается поверхность излучателя ультразвуковых колебаний, помещенного в жидкость. Причины этого должны быть скрыты в мощных упругих колебаниях, распространяющихся в жидкости.

Посмотрим, что там происходит.

При распространении колебаний в момент сжатия возникают большие давления. В следующий за сжатием момент разрежения из-за больших скоростей движения частиц в жидкости возникают разрывы. В образующиеся пустоты и устремляются пузырьки воздуха, а вместе с ними и пары жидкости. Когда вновь наступает сжатие, внутри жидкости развиваются колоссальные давления. Этот-то процесс и называется кавитацией. Если такой процесс протекает вблизи металлической поверхности, то под действием кавитационных импульсов давления происходит разрушение поверхности металла. Так разрушается металлическое покрытие ультразвуковых излучателей.

А лопасти винтов и турбин? Что происходит там?

Дело заключается в том, что при быстрых движениях лопастей также возникают ультразвуковые колебания большой мощности. Поэтому в жидкости появляется кавитация и наблюдается разрушение поверхности винтов и турбин. Для ультразвуковых излучателей момент начала кавитации является пределом излучаемой мощности, а для гребных винтов и лопастей турбин — пределом скорости движения.

Вредное, разрушительное действие кавитации остроумно использовано в повседневной производственной деятельности человека.

Всем хорошо известно, что алюминий очень трудно паять. Трудность заключается в том, что поверхность всех металлов всегда покрыта пленкой окиси. Перед пайкой ее необходимо удалить. Обычно это осуществляют зачисткой, а в момент пайки зачищенное место закрывают веществом, которое предохраняет металл от окисления при нагреве.

Предохраняющие вещества называются флюсами. Таким материалом является, например, канифоль. Все радиолюбители знают, что без нее паять трудно. А сам паяльник предварительно нужно залудить.

Обычные методы пайки для алюминия непригодны. Пленка окиси хотя и не очень прочна, но окисление происходит при самых обычных, комнатных температурах. Поэтому стоит только удалить пленку, как она вновь появляется. Приходится идти на хитрость. Зачистку алюминия производят под флюсом, который одновременно является и припоем. Затем к нанесенному на поверхность алюминия припою напаивают основной металл. Такой процесс пайки труден и ненадежен.

Если воспользоваться явлением кавитации, то пайка осуществляется легко и надежно. Для этого достаточно в жидком припое создать мощные ультразвуковые колебания. Окисленной пленки как не бывало, и припой надежно соединяет алюминий с другим металлом. Пайка алюминия — лишь один из примеров использования явления кавитации. Но этот пример весьма поучителен. Разрушительное действие кавитации обращено здесь на пользу человеку. Использовать явление кавитации удается и в целом ряде других случаев, например при обработке прочных материалов, которые с большим трудом и ненадежно обрабатываются обычным методом.

Явление кавитации, если его разумно направить, открывает широкое поле деятельности для изобретателей и новаторов производства. Кавитация позволяет экономить инструмент и время при обработке различных материалов. Например, необходимо вычистить загрязненное и к тому же заржавленное зубчатое колесо. Если действовать обычными методами, то придется очень долго очищать каждый квадратный сантиметр его поверхности.

Но процесс очистки происходит почти мгновенно, если погрузить колесо в ванну с жидкостью, где созданы мощные ультразвуковые колебания.

Тысячи разрывающихся воздушных пузырьков молниеносно снимут ржавчину и сразу очистят поверхность всех зубьев. А руками пришлось бы чистить по очереди каждый зуб — сколько бы это отняло времени!

Чистка загрязненной поверхности деталей — весьма простая работа для ультразвука. При его помощи можно решать и весьма сложные технические задачи. Вот, например, как ультразвуком проделывают отверстия в твердых сплавах. Изготавливают резец нужной формы и соединяют с излучателем ультразвуковых колебаний. Совершая колебания, резец ударяет в поверхность металла более десятка тысяч раз в секунду. Пока что металл не уступает. Его поверхность по-прежнему тверда; скорей иступится резец, чем в металле будет проделано хотя бы незначительное углубление. Но стоит только смочить металл и добавить абразив, как сразу же картина резко меняется — резец начнет погружаться в металл, как будто перед ним глина. Это происходит потому, что в жидкости, которой смочен металл, возникает кавитация.